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ATI Radeon HD 5800公式サイトへ
  • AMD
  • 発表日:2009/09/23
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AMD,世界初のDX11 GPU「ATI Radeon HD 5800」を発表。HD 4800の大幅な進化形
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印刷2009/09/23 13:01

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AMD,世界初のDX11 GPU「ATI Radeon HD 5800」を発表。HD 4800の大幅な進化形

ATI Radeon HD 5870リファレンスカード
ATI Radeon HD 5800
 日本時間2009年9月23日13:01,AMDは,開発コードネーム「Evergreen」として知られていた新世代GPUシリーズを,「ATI Radeon HD 5800」(以下,HD 5800)として正式に発表した。HD 5800シリーズは,TSMCの第2世代40nmプロセス技術を採用し,21億5000万トランジスタを集積。現行製品「ATI Radeon HD 4870」の倍となる,1600基のストリームコアを内蔵し,最大2.72TFLOPSの演算処理性能を実現するGPUであり,世界で初めて,DirectX 11にネイティブ対応するGPUでもある。
 パフォーマンス検証はレビュー記事,関連情報は別途掲載したニュース記事に任せ,本稿では,米カリフォルニア州アルメダ市で開催された事前説明会の内容を中心に,HD 5800シリーズのポイントをお伝えしていきたい。

[レビュー]「ATI Radeon HD 5870」レビュー。世界初のDirectX 11カードは「速い」だけに留まらない
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当初のラインナップは2モデル

HD 4800よりも一段高い価格設定に


ATI Radeon HD 5800
 さて,今回発表されたのは,開発コードネーム「Cypress」(サイプレス)とされていた2モデル。一つは序盤で紹介したHD 5870で,もう一つはSP数が1440基(=18 SIMD Engine)に削られた下位ラインナップ,「ATI Radeon HD 5850」(以下,HD 5850)だ。
 モデルナンバーからすると,HD 4800シリーズの現行製品,HD 4870と「ATI Radeon HD 4850」を置き換えるイメージだが,実際の店頭価格は,前世代よりも一段高くなる。具体的な市場想定売価は,HD 5870が400ドル以下,HD 5850が300ドル以下とされているので,HD 5850がHD 4870を置き換えることになるだろう。

「ATI Radeon HD 2900 XT」並の巨大なチップとなったHD 5800
ATI Radeon HD 5800
HD 5800シリーズは,40nmプロセス技術を採用したが,HD 4800シリーズ比で2倍以上という21億5000万トランジスタを集積したことにより,ダイサイズも334mm2と大きくなっている。また,TSMCの40nmプロセスは,第2世代に進化したとはいえ,歩留まりが大幅に改善されたわけではないと言われている。そのため,AMDが,HD 5850でコアクロックだけでなく,SP数を削ってきたことも,製造プロセスの成熟度が十分ではない証拠だと見る業界関係者は多い。

 動作クロックなど,基本的な仕様は下記のとおりだ。

●ATI Radeon HD 5870
  • シェーダプロセッサ数:1600基
  • テクスチャユニット数:80基
  • コアクロック:850MHz
  • メモリクロック:4.8GHz相当(実クロック1.2GHz)
  • グラフィックスメモリ:GDDR5 256bit,1GB
  • レンダーバックエンド数:32基
  • ディスプレイインタフェース:DVI-I×2,DisplayPort×1,HDMI×1
  • 電源供給:6ピン×2
  • 最大消費電力:188W
  • アイドル時消費電力:27W
  • 北米市場想定売価:400ドル未満

●ATI Radeon HD 5850
  • シェーダプロセッサ数:1440基
  • テクスチャユニット数:72基
  • コアクロック:725MHz
  • メモリクロック:4GHz相当(実クロック1GHz)
  • グラフィックスメモリ:GDDR5 256bit,1GB
  • レンダーバックエンド数:32基
  • ディスプレイインタフェース:DVI-I×2,DisplayPort×1,HDMI×1
  • 電源供給:6ピン×2
  • 最大消費電力:151W
  • アイドル時消費電力:27W
  • 北米市場想定売価:300ドル未満

※2009年9月28日追記
初出時,ATI Radeon HD 5850の最大消費電力を170Wとしていましたが,AMDから修正の連絡が入ったため,記事をアップデートしました。

ATI Radeon HD 5800 ATI Radeon HD 5800
HD 5870の概要(左)と,3Dグラフィックス性能(右)。競合の「GeForce GTX 285」と比べて,平均50%強高速と謳われる
ATI Radeon HD 5800 ATI Radeon HD 5800
こちらはHD 5850の概要(左)と3Dグラフィックス性能(右)。シェーダプロセッサ数が削られているが,それでも演算性能は2TFLOPSを確保。そして,GeForce GTX 285と比べて平均30%高速だという

Windowsアイドル時の消費電力は驚きの27Wに抑えられる(※サムネイルをクリックすると,別ウインドウで全体を表示します。以下,サムネイルがトリミングされているものについては同)
ATI Radeon HD 5800
 ここでのトピックは,アイドル時の消費電力が,27Wという,インパクトのある数字になっていることだ。AMDは,同社独自のパワーマネジメント技術「ATI PowerPlay」を進化させ,コアクロックだけでなく,メモリクロックや電圧までも,負荷に応じて動的に切り替えることで,よりアグレッシブな省電力化を実現したもの。さらに,ATI CrossFireX環境では,「Ultra Low Power State」を設け,アイドル時にセカンダリ以降のグラフィックスカードの電力供給をカットし,さらなる低消費電力化を実現するとしている。

HD 5800シリーズは,ムーアの法則を打ち破る早さで進化を続ける世界でももっとも演算処理効率に優れたGPUだというスライド(左)。コストパフォーマンスも,年に2倍以上のペースで高められてきたとされる。もっとも,ここでいう「パフォーマンス」は,3Dグラフィックスではなく,演算性能だったりもするが
ATI Radeon HD 5800 ATI Radeon HD 5800


アーキテクチャはHD 4800の進化形も

SP数倍増&細部の最適化で性能は大幅に向上


(参考)HD 4800のブロックダイアグラム
ATI Radeon HD 5800
 基礎情報を掴んだところで,アーキテクチャに踏み込んでみよう。
 HD 5800シリーズのアーキテクチャは,ATI Radeon HD 4800(以下,HD 4800)シリーズの進化形と言えるものである。HD 4800のアーキテクチャに「TeraScale Graphics Engine」(テラスケール・グラフィックスエンジン)という名が与えられていたことを憶えている読者は多いだろうが,HD 5800シリーズのそれは,その後継であることを感じさせる「TeraScale 2 Engine」だ。
 ただし,その細部を見ていくと,新世代APIへの対応やGPGPU(≒汎用演算処理)性能の向上を果たすべく,さまざまな改良が加えられている。

HD 5800シリーズのブロックダイアグラム。基本構成はHD 4800シリーズの強化版といったイメージだ
ATI Radeon HD 5800

 統合型シェーダ(Unified Shader)ユニットの役割を果たす「SIMD Engine」の構成は,呼称が若干変わったが,基本的にはHD 4800シリーズと同じ。「Stream Processing Unit」(ストリーミングプロセッシングユニット。「Stream Processor」「Stream Core」ともいう。以下 SP)5基は,“4SP+1ビッグSP+1分岐ユニット”という形で,「Thread Processor」(スレッドプロセッサ)となり,さらにThread Processor 16基は,テクスチャユニットやL1キャッシュと1セットの「SIMD Engine」(SIMDエンジン)としてまとめられている。
 HD 5870だと,SIMD Engineは20基搭載。なので,「5(SP)×16(Thread Processor)×20(SIMD Engine)=1600SP」というわけだ。

 しかも,“ただSP数が倍増しただけ”ではなく,HD 5800シリーズでは,各機能を強化するとともに,より効率的な処理を行えるよう,レイアウトの見直しが図られている。また,DirectX 11への対応に当たって,グラフィックス命令のスケジューリングやSIMD Engineへの命令の割り振りを行う「Graphics Engine」が大幅に強化された。

大幅に強化されたグラフィックスエンジン。第6世代のテッセレータを搭載するとともに,ラスタライザも2基搭載する
ATI Radeon HD 5800
 Graphics Engineにおける最大の強化ポイントは,ラスタライザと階層型Zバッファ機能をそれぞれ2重化することで,より処理階層が深くなったDirectX 11の頂点処理やジオメトリ処理を効率よく行えるようにした点だ。同時に,Graphics Engineに搭載された固定機能ユニット,Tessellator(テッセレータ)は,初代「TruForm」から数えて第6世代へと進化。DirectX 11への最適化が図られ,DirectX 11における新設のプログラマブルシェーダであるHull Shader(ハルシェーダ)やDomain Shader(ドメインシェーダ)を制御できるようになった。ジオメトリ処理周りに改良が加えられているのもトピックだ。

ヘテロジニアス・コンピューティングへ取り組むAMD。今回発表されたHD 5800シリーズのアーキテクチャは,今後登場するグラフィックス機能統合型CPUでも利用されるものだと言われている
ATI Radeon HD 5800
 HD 4870の3倍近い,2.7TFLOPSという演算性能の要となるThread Processorでは,乗算と,依存関係のある加算命令をシングルクロックで処理できる,命令の同時発行をサポート(※処理内容からは積和演算と同等と思われる。より高精度な演算を1クロックで行えるもの?)。また,ビデオトランスコードや汎用演算に効果を発揮する差分絶対値和(SAD:Sum of Absolute Difference)をサポートし,これまでどおりの動き検出処理と比べて,12倍のパフォーマンスを発揮するとされる。FMA(Fused Multiply-Add)に対応した積和算命令(※内部処理や精度は違うがゲーマー的には従来の積和演算と同じだと思っておいていい)や,DirectX 11に準拠したビット単位の命令も拡張されるなど,HD 4800シリーズのThread Processor――HD 4870発表当時は「SIMD Core」と呼ばれていたが――からは,大幅なパフォーマンスの引き上げが図られている。
 これら命令セットの拡張は,グラフィックス性能を向上させるというよりも,将来のヘテロジニアス(Heterogeneous:異種混合)CPUの実現に向けて,GPUの汎用演算性能を高める意味合いを持っているようにも見える。

Thread Processorの概要。基本的にはHD 4800シリーズと同じく,4基のStream Procesorと,1基の特殊機能向けコアを統合する構造だが,クロックあたりの処理性能は高められている
ATI Radeon HD 5800

ATI Radeon HD 5800
テクスチャユニットやキャッシュ周りも大幅に強化された
ATI Radeon HD 5800
レンダーバックエンドの性能は従来製品比2倍に
ATI Radeon HD 5800
レンダーバックエンドの強化により,8xアンチエイリアシングを適用しても,パフォーマンスの低下は最小限に抑えられるという
 Thread Processorの処理能力が向上したことを受け,テクスチャユニットやキャッシュも強化された。
 HD 5800シリーズに搭載されるテクスチャユニットは,テクスチャ帯域を拡大することで,最大680億Texels/sのバイリニアフィルタリング性能と,最大2720億Fetch/sのテクスチャ性能を実現。併せて,L1テクスチャフェッチの帯域幅は1TB/sに,L1とL2間のキャッシュ帯域幅は435GB/sまで高められ,DirectX 11でサポートされた1万6000×1万6000ピクセルのテクスチャ処理や,32/64bit HDRテクスチャ処理などをストレスなく処理することを可能にしたとされる。
 L2キャッシュ容量は,HD 4800シリーズの2倍となる128KB。詳細は明らかになっていないが,L1キャッシュやレジスタ容量も増やされている。アンチエイリアシング処理などを司るRender Back-End(レンダーバックエンド)も,HD 4800シリーズ比で2倍の性能を実現するよう拡張された。

 さらに,ポリゴンデータやテクスチャを各SIMDエンジンで共有しやすくすべく,各ユニットのレイアウトにも工夫が凝らされている。20基あるSIMDエンジンと,それに対となるテクスチャユニットやL1テクスチャキャッシュは,10基ずつの2ブロックに分けられ,その中間にData Bus(データバス)を配置。これにより,ポリゴンやテクスチャなどの共有データを一時的に格納するGlobal Data Share(グローバルデータシェア)を,10基ずつのSIMDエンジンブロックの中間に配しており,効率的なデータ共有が可能になるとのことだ。


メモリコントローラや

ディスプレイエンジンは再設計


 大幅に強化されたGPUコアの性能を生かすためには,メモリバス帯域も増やす必要があるが,AMDはここで,HD 4800シリーズで採用したGDDR5対応メモリコントローラユニットの再設計という決断を行っている。

GDDR5メモリインターフェースは,より高速かつ安定した動作を実現できるよう,設計が見直された
ATI Radeon HD 5800

 HD 5800シリーズのGDDR5コントローラでは,書き込み/読み出しエラーを検視するEDC(Error Detection Code)の精度を高めることで,信号の信頼性を高め,より高速な動作を実現したという。また,メモリチップに搭載された温度センサーと連係し,メモリの状況に応じて動的に電圧やクロックを制御することで,5Gbpsのデータ転送速度も実現できる安定性を確保したとされる。

新設計のディスプレイエンジン。HD 5800シリーズは6本のディスプレイパイプラインを搭載し,Display Port接続,最大6台のディスプレイに出力できる
ATI Radeon HD 5800
 もう一つ,先に発表された新技術「ATI Eyefinity」(以下,Eyefinity)については,本技術を支える新設計が採用されている。
 HD 5800シリーズでは,RGB各10bitに対応する6本のディスプレイ・パイプラインが搭載され,これに6基のTMDS/Display Port出力ユニットと,2基のアナログDACが組み合わされると,シングルGPUで最大6台のディスプレイ出力が可能になる(※何画面出力が可能かは,カードの出力ポート構成による)。

発表時点における,Eyefinityの動作検証済みタイトル。必ずしも,ゲームデベロッパが対応を表明したものだけではないが,数は揃っている
ATI Radeon HD 5800
 最大解像度は,2560×1600ドットのDisplayPortディスプレイ6台を横3台×縦2台構成にした7680×3200ピクセルになるが,アプリケーションによって,Eyefinityの対応解像度は異なるとのこと。また,ゲームデベロッパによっては,Eyefinityで,単に「より広い描画エリアを実現する」のではなく,より高精細なキャラクターや背景描画を実現する方向で高解像度出力を生かしたいと考えているところもあるようなので,新しいゲーム表現の一つとして注目される。

AMDがEyefinityで想定するマルチディスプレイ環境
ATI Radeon HD 5800
 というのもEyefinityでは,複数のディスプレイをグループ化して“大きな1画面”にするだけでなく,最大6台のディスプレイを独立した画面として利用したり,同じ映像を複数台のディスプレイに出力したり,これらの機能を組み合わせたりと,さまざまなコンビネーションが可能となるからだ。また,複数枚のHD 5800シリーズ搭載カードを利用すれば,1システムで12台,18台といったディスプレイ出力も行えるようになる(※ATI CrossFireX構成時は,マスターカードからの出力のみになる)。
 AMDは,Samsungとパートナーシップを結び,同社の狭縁ワイドLCDディスプレイとの組み合わせで,マルチディスプレイによるゲーム環境を推進していくとともに,マルチディスプレイ用のスタンドなど,周辺機器環境の整備を進めていく予定。同社は,EyefinityをWindows 7と同Vista,Linuxでサポートする意向を示しているので,ゲームだけに留まらない,新しいマルチディスプレイ環境として訴求していく構えだ。

 なお,3Dパフォーマンスとは直接関係しないが,ビデオ再生支援機能であるUVD2(Universal Video Decoder 2)も強化されている。HD 5800シリーズでは,2系統の1080p再生支援が可能になっているほか,HDMI 1.3aに対応することで,Dolby TrueHDやDTS-HD Master Audio出力や,RGB各色12bit出力もサポートされた。


DirectXの世代を問わず,世界最速GPUの座を奪還

年内に上位&下位モデル,年明けにはエントリーモデルも


David Cummings氏(Director, Graphics Marketing, AMD)
 HD 5800シリーズは,初のDirectX 11対応GPUということもあり,DirectX 9/10世代のゲームを前にしたときに,パフォーマンス面での不安が残ると考える人はいるかもしれない。
 この点について,AMDでデスクトップグラフィックス製品のマーケティングを統括するDavid Cummings(デビッド・カミングス)氏は,「HD 5800シリーズの開発に当たり,既存のDirectX/OpenGLタイトルにおけるパフォーマンス向上も重要課題として取り組んできた」として,同製品がDirectX 11だけをターゲットにした製品ではないことを強調。「DirectXのバージョンに関係なく,“世界最速のGPU”の座を奪還する」と宣言した。
 同時にAMDは,DirectX 11タイトルのサポートや,DirectComputeを使った物理演算処理機能をゲームへ実装する試みも進めている。ゲームデベロッパへの支援を増やしつつあるようだ。

接写禁止という条件で公開された,Hemlockとされるカード。外部インタフェースがDVI×2,DisplayPort×1となり,外部電源コネクタも8+6ピン仕様になっていた
ATI Radeon HD 5800
 しかも,AMDの快進撃は,HD 5800シリーズの投入だけに留まらない。スイートスポット戦略により,同社は年内に,HD 5800シリーズのGPUを2基搭載した「Hemlock」(ヘムロック,開発コードネーム)と,HD 5800シリーズの下位モデルとなる「Juniper」(ジュニパー,同)を投入するとともに,HD 5870の6ディスプレイ出力対応版となる「ATI Radeon HD 5870 Eyefinity6も市場投入する構えだ。
 さらに,2010年第1四半期には,エントリー市場向けの「Redwood」(レッドウッド,同)と,ローエンド製品「Cedar」(シダー,同)も投入する。

ATI Radeon HD 5870 Eyefinity6。外部出力はDisplayPort×6。外部電源は8+6ピン仕様だった。カード背面にも8枚の1Gbitメモリチップを搭載していたので,メモリ2GB搭載モデルかもしれない
ATI Radeon HD 5800 ATI Radeon HD 5800 ATI Radeon HD 5800

Rick Bergman氏(Senior Vice President and GM, AMD Products Group)
 AMDでGPUやCPU製品を統括するRick Bergman(リック・バーグマン)上級副社長兼ゼネラルマネージャーいわく,「競合が追いつけないうちに,トップ・トゥー・ボトムでDirectX 11対応製品を揃え,2010年以降のグラフィックス市場におけるリーダーシップを獲る」。氏をして,そこまで言わしめる注目の新製品が,どれだけの実力を持っているかは,ぜひレビュー記事を参考にしてほしい。

ハイエンドクラスのGPUから,ウルトラハイエンドのデュアルGPUソリューションや,ミドルクラス,エントリーへ派生させるという,スイートスポット戦略をHD 5000シリーズでもAMDは継続する
ATI Radeon HD 5800

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